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10.4 : 첨가 반응을 통한 알코올 제조

개요

알켄의 이중결합에 산촉매를 통해 물을 첨가하는 것은 저분자량 알코올을 합성하는 데 사용되는 대규모 산업적 방법입니다. 물 분자의 수소가 친전자체로 작용하고 알켄의 이중 결합을 공격하려면 환경이 산성이어야 합니다. 이중 결합에 양성자를 추가하면 탄수화물 양이온 중간체가 생성됩니다. 양성자는 이중 결합의 덜 치환된 말단에 우선적으로 결합하여 보다 안정적인 탄소 양이온 중간체를 생성합니다. 그리고 나서 물은 탄수화물을 공격하여 양성자화된 알코올을 생성합니다.

여기서 반응은 지역선택적이며 알켄에 물을 첨가하는 마르코프니코프 방식을 선호합니다. 양성자는 이중 결합의 덜 치환된 끝에 추가되고 -OH 그룹은 다른 쪽 끝에 더 많이 치환된 탄소에 추가됩니다. 물이 양면에서 평면 탄수화물에 접근하여 알코올의 라세미 혼합물을 생성할 수 있으므로 반응은 입체선택적이지 않습니다. 물 첨가는 양성자가 이중 결합에 첨가되는 방향과 관련하여 같은 쪽(syn 첨가) 또는 반대쪽(anti 첨가)에서 발생할 수 있습니다. 이중 결합에 인접한 탄소가 더 많이 치환된 알켄에서는 탄소 양이온 중간체의 양전하가 재배열(1,2 수소화물 이동 또는 1,2 메틸 이동)되어 안정성을 얻을 수 있습니다. 이 상황에서 알코올의 구성 이성질체 혼합물이 생성물로 형성됩니다.

알켄으로부터 알코올을 제조하는 또 다른 합성 경로는 옥시수은-탈수은 반응을 이용하는 것입니다. 산화수은화 반응에서는 아세트산수은의 친전자성 수은이 이중 결합에 첨가되어 수은 이온이라고 불리는 삼원자 고리 구조를 형성합니다. 그런 다음 물은 수은 이온과 반응하여 유기수은 알코올을 형성합니다. 그 다음 단계는 수소화붕소나트륨이 수은종을 수소로 대체하는 탈수은화입니다.

수은 이온에서 더 많이 치환된 탄소에 결합된 수산기는 수소를 덜 치환된 탄소 쪽으로 유도하여 결국 마르코프니코프 생성물이 생성됩니다. 또한, 아세트산 수은 첨가와 관련하여 물에 의한 공격이 방지됩니다. 그러나 수은종을 수소로 대체하는 반응은 입체선택적이지 않아 알코올의 두 거울상 이성질체가 최종 생성물로 형성됩니다. 전통적인 탄수화물 양이온과 그 재배열이 없기 때문에 옥시수은-탈수은화는 직접 산촉매 수화보다 더 나은 수율을 나타냅니다.

알켄에 물을 첨가하는 안티 마코브니코프의 반응은 붕산화-산화 방법으로 수행할 수 있습니다. 하이드로보레이션은 사원소 전이 상태를 통해 보란의 B-H 결합을 이중 결합의 두 탄소에 단일 단계로 추가하는 것입니다. 친전자성 붕소는 이중 결합에서 방해가 가장 적은 탄소로부터 π 궤도 전자를 끌어당깁니다. 생성된 부분 양전하는 더 많이 치환된 다른 탄소 원자에서 안정화됩니다. 입체적 요인은 또한 방해가 가장 적은 탄소에 붕소를 첨가하고 다른 탄소에 수소를 첨가하는 것을 선호합니다. 알킬 보란 중간체는 두 개의 추가 알켄 분자와 추가로 반응하여 트리알킬 보란 중간체를 생성합니다. 수산화나트륨에서 트리알킬 보란을 과산화수소로 산화하면 붕소가 수산기로 대체됩니다. 보란에서 붕소와 수소를 동시에 첨가하면 이중 결합에 대한 합성 첨가가 보장됩니다. 그러나 합성 첨가는 알켄의 양쪽 면 모두에서 발생할 수 있습니다.

위치화학과 반응 메커니즘의 차이로 인해, 이들 세 가지 다른 합성 경로는 그림과 같이 동일한 알켄 기질에서 다른 알코올을 생성합니다.

Figure1

그림 1. 산 촉매 작용(상단), 옥시수은화-탈수은화(중간) 및 붕소화-산화 조건(하단)에서 3,3-디메틸-1부텐에 물 첨가

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Acid catalyzed AdditionWaterDouble BondAlkenesElectrophileAlkeneCarbocation IntermediateRegioselectiveMarkovnikov s AdditionProtonated AlcoholStereoselectiveRacemic MixtureSyn AdditionAnti AdditionHydride ShiftMethyl ShiftConstitutional Isomers

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